Il est actuellement estimé qu’environ 13% du vignoble français est improductif suite aux pathologies affectant le bois des ceps, la principale d’entre elles étant l’esca. Parmi les moyens de lutte mis en œuvre, le biocontrôle, via l’utilisation d’un oomycète, Pythium oligandrum, est actuellement développé pour protéger les plants de vigne contre un agent pathogène pionnier de l’esca, Phaeomoniella chlamydospora. La sélection de souches de P. oligandrum, isolées du vignoble, et produisant in vitro des quantités importantes d’une protéine élicitrice, l’oligandrine, des systèmes de défense des végétaux a d’abord été réalisée. Trois essais en serre ont montré qu’une réduction significative (40 à 50%) des nécroses dues P. chlamydospora était observée après application d’inocula de l’oomycète sur les racines des plants de vigne pied-francs Au niveau de la tige, le niveau d’expression de 22 gènes impliqués dans les mécanismes de défenses de Vitis vinifera a été mesuré par PCR quantitative et des réponses spécifiques du végétal ont été observées selon les traitements. Six gènes (protéines PR, voie des phenylpropanoïdes, oxylipines et le système d’oxydo-réduction) ont été fortement induits lorsque les plants ont été pré-inoculés par P. oligandrum puis infectés par P. chlamydospora. Afin de mettre en évidence les mécanismes spécifiques mis en place lors de cette interaction tripartite, l'analyse de la réponse transcriptomique globale de la vigne (par microarray et RNAseq), au niveau de la tige, a été réalisée chez ces plants qui manifestent une résistance induite systémique (ISR). Plusieurs gènes impliqués dans la synthèse de l’éthylène et des jasmonates sont fortement induits, chez les plants pré-traités par l’oomycète puis infectés par l’agent pathogène. Plusieurs facteurs de transcription régulant ces voies de signalisation sont également fortement induits. Suite à l’analyse des populations de messagers (mRNA) de P. chlamydospora, il a été observé que les niveaux d’expression de gènes impliqués dans la synthèse des métabolites secondaires, des facteurs de transcription impliquées dans la régulation de différentes voies chez les champignons et certaines Carbohydrates Actives enZymes étaient modulés en présence de P. oligandrum au niveau racinaire. Ces résultats montrent que la colonisation du végétal par l’oomycète, même à distance de P. chlamydospora, induit un stress indirect important chez celui-ci. Afin d’optimiser l’implantation de cet agent de biocontrôle en pépinière et au vignoble, l’aptitude de P. oligandrum à coloniser les racines de plants de vignes greffés et à les protéger contre P. chlamydospora a été étudiée. Trois portes-greffes (SO4, 3309 et 101-14) greffés sur des cépages (Cabernet Sauvignon et Sauvignon Blanc) ont été inoculés ou non par P. oligandrum. L’oomycète s’implantait sur les différents systèmes racinaires, mais en proportion variable selon les associations cépage/porte-greffe utilisées. Les analyses par empreintes moléculaires (Single Strand Conformation Polymorphism) ont montré que des microflores fongiques et bactériennes complexes et diversifiées colonisaient les feuilles et les racines, mais que l’introduction de P. oligandrum sur la plante n’induisait pas de bouleversements directs ou indirects notables au niveau de ces microflores indigènes. Une protection des jeunes plants de vigne greffés (SO4 + Cabernet Sauvignon) semble être induite par P. oligandrum contre l’agent pathogène, P. chlamydospora. / Approximately 13% of French vineyards are currently considered unproductive due to trunk diseases, mainly Esca, a particularly destructive disease that affects grapevines worldwide. Accordingly, biological control of a pathogen implicated in Esca, Phaeomoniella chlamydospora, was developed using the oomycete, Pythium oligandrum. The selection of P. oligandrum strains, isolated from vineyards, which produced in vitro large quantities of oligandrin, an elicitin-like protein inducing plant defences, was carried out. Three greenhouse assays showed that the necroses caused by P. chlamydospora were significantly reduced (40 to 50%) when P. oligandrum colonized the root system of vine cuttings. At stem level, the expression of a set of 22 genes involved in Vitis vinifera defence mechanisms was measured by quantitative PCR. Depending on the treatments employed, significant differences in grapevine responses were observed. Six of the genes (PR proteins, phenyl-propanoid pathway, oxylipins and the oxydo-reduction system) were strongly induced in plants pre-treated with P. oligandrum, and subsequently infected by P. chlamydospora. In order to characterize the mechanisms occurring during this tri-partite interaction, the global transcriptomic grapevine responses at stem level were analysed, using microarray and RNAseq, in plants in which induced systemic resistance (ISR) had taken place. Several genes involved in ethylene and jasmonate biosynthesis were strongly induced in plants that were pre-treated with P. oligandrum, and subsequently infected by P. chlamydospora. The transcription factors involved in the regulation of these signalisation pathways were also induced. Analysis of the P. chlamydospora RNA messenger (mRNA), showed that certain genes involved in secondary metabolite synthesis, transcription factors implicated in pathway regulations, and certain Carbohydrate Active enZymes, were modulated, when P. oligandrum colonised the roots. These results demonstrated that root inoculation with P. oligandrum induced indirect stress on P. chlamydospora responses. In order to promote P. oligandrum implantation in nurseries and vineyards, the capacity of this biocontrol agent to colonize the roots of grafted-plants, and to protect them against P. chlamydospora attacks, was studied. Three rootstocks (SO4, 3309 and 101-14), grafted on two scion varieties (Cabernet Sauvignon and Sauvignon Blanc), were inoculated or not with P. oligandrum. Depending on the particular scion/rootstock associations, the oomycete colonized the various root systems differently. Single Strand Conformation Polymorphism (SSCP) analyses revealed complex and diverse fungal and bacterial communities in both the rhizosphere and the phyllosphere. These microflora, which were organ-dependent, were not direcly or indirectly affected by the root inoculation of P. oligandrum. Protection of grafted vines (SO4 + Cabernet Sauvignon) was probably induced by P. oligandrum against the pathogen, P. chlamydospora.

Un projet visant à identifier des mycoherbicides pour lutter contre les adventices a été initié entre l’UMR Agroécologie de Dijon et la société DE SANGOSSE® (Agen). Trois volets ont structuré ce projet à l’issue d’une collecte de prélèvement de 475 plantes représentatives de 23 espèces d’adventices symptomatiques et asymptomatiques en Bourgogne et en Beauce. Le 1er volet reposait sur une approche de type metabarcoding (technologie Illumina), pour évaluer et comparer la diversité des communautés fongiques endophytes des plantes symptomatiques et asymptomatiques. 542 genres fongiques ont ainsi été identifiés. Des taxons associés aux plantes symptomatiques ont été identifiés. Parmi ceux-ci, certains sont des pathogènes connus, d’autres non et ils constituent des pistes à exploiter pour la recherche de candidats mycoherbicides. Le deuxième volet repose sur une approche conventionnelle de microbiologie et pathologie. Une collection de 194 champignons associés aux symptômes des adventices a été constituée. La pathogénicité de ces isolats a été testée grâce à une série de screenings de plus en plus sélectifs qui ont abouti à la sélection de cinq souches, identifiées par séquençage de l’ITS ou d’autres marqueurs taxonomiques. Une souche appartient à l’espèce Boeremia exigua var exigua, une autre à l’espèce Alternaria alternata, deux appartiennent à l’espèce A. penicillata et la dernière au genre Alternaria. Le troisième volet visait à identifier le mode d’action d’une souche par une double approche, métabolomique et microscopique. La souche de B. exigua var exigua secrète des métabolites phytotoxiques mais également infeste et semble détruire les tissus végétaux sous-épidermique de la plante hôte.Ce projet exploratoire a fourni des pistes de taxons fongiques associés à des symptômes observés sur adventices en analysant la diversité par une approche moléculaire et a fourni des souches fongiques, mycoherbicides potentiels, par une approche microbiologique dont on voit bien qu’elle reste une méthode incontournable, malgré ses limites, pour obtenir des candidats fongiques à action herbicide. / A project aiming at identifying mycoherbicides to control weeds has been initiated between the UMR Agroécologie (Dijon) and the company DE SANGOSSE® (Agen, France). Three axes structured this project after a sampling collection of 475 plants representative of 23 species of symptomatic and asymptomatic weeds was carried out in Burgundy and Beauce. The first part was based on a metabarcoding approach (Illumina technology), to evaluate end compare the diversity of endophytic fungi communities of symptomatic and asymptomatic weeds. 542 fungal genera have been identified. Taxa associated with symptomatic plants have been identified. Of these, some are known pathogens, others are not, and both constitute avenues to exploit for the research of mycoherbicide candidates. The second axe is based on a conventional approach to microbiology and pathology. A collection of 194 fungi associated with weed symptoms was established. The pathogenicity of these isolates was tested through a series of increasingly selective screenings that resulted in the selection of five strains that were identified by sequencing of ITS or other taxonomic markers. One strain belongs to the species Boeremia exigua var exigua, another species Alternaria alternata, two belong to the species A. penicillata and the last to the genus Alternaria. The third axe aimed at identifying the mode of action of a strain by a dual metabolomics and microscopic approach. The strain of B. exigua var exigua produced phytotoxic secondary metabolites but also infested and apparently destroyed the sub-epidermal plant tissues of the host plant.This exploratory project provided tracks to exploit fungal taxa associated with observed weeds symptoms, by analyzing the diversity, by a molecular approach and provided fungal strains, potential mycoherbicides by a conventional microbiological approach that we can see it remains an unavoidable method, despite its limitations, to obtain fungal candidates with herbicidal action.

Le biocontrôle est défini comme un ensemble de méthodes de protection des végétaux par l’utilisation de mécanismes naturels. Son principe repose sur la gestion des équilibres des populations d’agresseurs plutôt que sur leur éradication. La protection des cultures de la pomme de terre Solanum tuberosum contre les bactéries pectinolytiques (Dickeya et Pectobacterium) a été précédemment proposée comme une application du biocontrôle. Il s’agit ici de perturber (quencher) la communication quorum-sensing (QS) utilisée par l’agent pathogène pour coordonner son attaque et sa virulence. Afin d’optimiser cette méthode de lutte par quorum-quenching (QQ) et d’en contrôler l’efficacité, nous avons étudié la voiecatabolique des -lactones d’un agent de biocontrôle, la bactérie Rhodococcus erythropolis. Cette voie est impliquée dans la dégradation des signaux N-acyl-homoserine lactones du pathogène. Nous avons d’abord étudié le rôle du répresseur QsdR ainsi que la régulation transcriptionnelle de l’opéron qsd impliqué dans la dégradation des signaux. La compréhension de cette régulation a permis de générer des biosenseurs capables de monitorer les activités QS du pathogène et QQ du protecteur. Sous microscopie confocale à balayage laser, ces outils ont apporté des preuves visuelles du rôle et du lien entre ces deux activités dans les tissus du tubercule. Enfin, la faible spécificité du répresseur QsdR pour ses ligands, apermis de proposer la -caprolactone, un analogue structural des signaux de QS, comme inducteur de l’opéron qsd. Dans l’ensemble, ces travaux permettent d’approfondir nos connaissances sur le rôle et le fonctionnement du QQ chez R. erythropolis. Ils permettent aussi d’envisager le contrôle de la maladie via un agent dont l’activité de QQ pourra être biostimulée par des lactones peu coûteuses lors de la formulation puis de l’épandage aux champs. / Biocontrol is defined as a set of plant protection methods through the use of natural mechanisms. Its principle involves the control of populations of aggressors rather than their eradication. The protection of the potato Solanum tuberosum against soft-rot bacteria (Dickeya and Pectobacterium) has been previously proposed as an application of biocontrol. This involves disturbing the quorum-sensing (QS) communication used by the pathogen to coordinate its attack and virulence. In order to optimize this quorum-quenching (QQ) biocontrol method and to control its effectiveness, we have studied the catabolic pathway of -lactones of a biocontrol agent, the Rhodococcus erythropolis bacterium. This pathway is involved in the degradation of the pathogen N-acyl-homoserine lactones signals. We firststudied the role of the QsdR repressor as well as the transcriptional regulation of the qsd operon involved in signal degradation. The understanding of this regulation has made it possible to generate biosensors capable of monitoring the QS of the pathogen and QQ of the protector. Under confocal laser scanning microscopy, these tools provided visual evidence of the role and link between these two activities in the tuber tissues. Finally, the low specificity of the QsdR repressor for its ligands made it possible to propose the -caprolactone, a structural analog of QS signals, as an inducer of the qsd operon. Overall, this work provides insight into the role and function of QQ in R. erythropolis. It also allows to envisage the control of the disease using a biocontrol agent whose QQ activity can be biostimulated by inexpensive lactones during formulation then spreading in the field.

Avec la prise de conscience de l'impact environnemental et sanitaire des pesticides et l'apparition de phénomènes de résistance face à ces produits, les exigences règlementaires européennes (UE 1107/2009) encadrant leur mise sur le marché sont de plus en plus drastiques. Pour répondre à ces exigences, de nouveaux types de produits de protection des cultures font leur apparition : les bio-pesticides, ou produits de biocontrôle. Il s'agit de produits naturels d'origine végétale, animale ou microbienne, à priori moins rémanent et impactant pour l'environnement que les pesticides conventionnels. C'est dans ce contexte que mes travaux de thèse ont eu pour but le développement de biopesticides d'origine végétale destinés à lutter contre les champignons pathogènes des plantes, pour lesquels il existe encore peu ou pas de moyens de lutte naturels. Au cours de cette thèse, j'ai pu sélectionner à travers différents criblages, écologique, économique et biologique deux extraits végétaux efficaces sur des cibles biologiques d'intérêt et présentant une toxicité sur organismes non cibles bien plus faible que des fongicides conventionnels. Les molécules responsables de l'activité ont été identifiées par fractionnement bio-guidé et analyses spectrales. L'activité des extraits a pu être validée en champs notamment sur mildiou de la vigne (Plasmopara viticola) et moniliose de la nectarine (Monilinia fructigena) après une optimisation de leur formulation. / With the awareness of the environmental and sanitary impact of pesticides and emergence of resistance phenomena, the European regulation requirements (EU 1107/2009) supervising their marketing authorization are more and more drastic. To meet these requirements, new phytoprotection products are emerging: biopesticides also called biocontrol products. They are natural product of plant, animal or microbial origins, likely to be less persistent and more environmentally friendly than conventional pesticides.It is against this background that my thesis work aimed to develop some biopesticides from plant origin, for protection against phytopathogenic fungi for which there are no or few natural product.In this work, I selected, by ecological, economical and biological screening, two plant extracts, effective against biological targets and far less toxic against non-target organism than tested conventional pesticides.Active molecules were identified by bioguided fractionation and spectral analysis. Extracts activities have been evaluated in field test against vine downy mildew (Plasmopara viticola) and Moniliose infection (Monilinia fructigena)

Les pertes alimentaires mondiales se chiffrent à environ un tiers des aliments destinés à la consommation humaine, soit environ 1,3 milliards de tonnes par an (FAO). Une large fraction de ces pertes est due aux altérations microbiologiques des denrées alimentaires. L’utilisation de produits phytosanitaires reste aujourd’hui la solution la plus largement utilisée en agriculture pour limiter ces pertes. Cependant, avec le plan EcoPhyto 2, le gouvernement français a pour objectif de réduire de 50% l’usage des pesticides chimiques d’ici 2025, en particulier en promouvant l’émergence du biocontrôle. Pour développer cette approche, il est cependant nécessaire de comprendre, pour mieux les maitriser, les mécanismes sous-jacents. Les différents modes d’action de biocontrôle par les microorganismes décrits sont la stimulation des défenses naturelles des plantes, la production de substances antimicrobienne et la compétition nutritionnelle. L'originalité de ce projet est d'intégrer le mode de vie en biofilm dans les mécanismes de bioprotection (compétition spatiale et nutritionnelle, libération de principes antimicrobiens). Dans la filière Française des champignons de couche (Agaricus bisporus), l’agent de biocontrôle utilisé depuis 2008 par plus de 80 % de la filière, est Bacillus subtilis QST713. Ce biofongicide montre une nette efficacité contre Trichoderma aggressivum, la principale moisissure à l’origine de pertes économiques lors de la culture d’A. bisporus. Afin d’accompagner la filière dans cette voie biologique, nous avons entrepris de séquencer et étudier le génome de cette souche, afin de déterminer son potentiel de biocontrôle et sa capacité à former des biofilms. Nous avons également évalué l’impact de ce biofongicide sur la dynamique des communautés microbiennes du compost de culture d’A. bisporus exposé ou non à T. aggressivum. Enfin, l'étude de la reprogrammation cellulaire de cet agent de biocontrôle lors de sa culture en micromodèles axéniques, nous a permis une meilleure compréhension des phénomènes de colonisation des substrats et d'inhibition des flores indésirables. Ce projet a permis d’enrichir les connaissances vis-à-vis des mécanismes de biocontrôle dans la filière des champignons et pourra permettre une possible application à d’autres filières agricoles. / Worldwide, food losses amount for about one-third of food for human consumption, 1.3 billion tons per year (FAO). A large fraction of these losses are due to microbiological alterations. The use of phytosanitary products remains today the most widely used solution in agriculture to limit these losses. However, with the EcoPhyto 2 plan, the French government aims to reduce the use of chemical pesticides by 50% by 2025, in particular by promoting the emergence of biocontrol. To develop this approach, it is necessary to understand the underlying mechanisms. The different modes of action of biocontrol by the microorganisms described are the stimulation of the natural defenses of the plants, the production of antimicrobial substances and the nutritional competition. The originality of this project is to integrate the biofilm mode of life into bioprotection mechanisms (spatial and nutritional competition, release of antimicrobial principles). In the French sector of the button mushrooms (Agaricus bisporus) culture, the biocontrol agent used since 2008 by more than 80% of the sector, is Bacillus subtilis QST713. This biofungicide shows a clear efficacy against Trichoderma aggressivum, the main mold causing economic losses during the cultivation of A. bisporus. To accompany the sector in this biological pathway, we have sequenced and studied the genome of this strain, in order to determine its biocontrol potential and its ability to form biofilms. We also evaluated the impact of this biofungicide on the dynamics of microbial communities in A. bisporus culture compost exposed or not to T. aggressivum. Finally, the study of the cellular reprogramming of this biocontrol agent during the culture in axenic micromodels allowed us a better understanding of the substrates colonization phenomenon and the inhibition of undesirable flora. This project will enrich the knowledge of the biocontrol mechanisms used in the mushroom industry and may allow a possible application to other agricultural sectors.

Les recherches sur la lutte biologique (ou biocontrôle) par utilisation de micro-organismes connaissent un essor remarquable, les applications au champ étant cependant encore limitées en raison des variations d’efficacité dans la protection des plantes. Celles-ci sont souvent imputées à la non persistance des agents de biocontrôle dans la rhizosphère ou sur le végétal qu’ils sont censés protéger. Afin de réduire ce risque, une solution consiste à utiliser des micro-organismes isolés du végétal que l’on souhaite protéger. Dans le cadre de cette thèse, Pythium oligandrum, un oomycète colonisateur de la rhizosphère de nombreuses plantes dont la vigne, a été étudié pour lutter contre l’esca, une maladie du bois de la vigne pour laquelle il n’existe actuellement aucune méthode de lutte disponible. Des souches de P. oligandrum ont été isolées de la rhizosphère de ceps cultivés dans 3 régions viticoles (12 vignobles) du Bordelais présentant des sols variés : argilo-calcaire, sable-graveleux et graveleux. Les analyses des communautés fongiques et bactériennes obtenues par empreinte moléculaire (Single Strand Conformation Polymorphism) ont montré que, contrairement aux bactéries, les espèces fongiques différaient selon les régions. Des Pythium spp. aux oospores échinulées ont été isolées à partir des racines des ceps échantillonnés, avec une prédominance de P. oligandrum (séquençage de la région ITS). L’analyse des séquences des gènes codant pour le cytochrome oxydase I et une tubuline a permis de constituer 3 groupes de souches. Le séquençage d’autres gènes codant pour des protéines « élicitines-like » a indiqué que chaque souche présentait au moins un gène codant pour chacun des 2 types d’éliciteurs de P. oligandrum : l’oligandrine et les protéines de la paroi cellulaire (CWPs). Il apparaît que le type de sol et la microflore associée à la rhizosphère n’exerceraient pas une influence suffisante pour que la structure génétique des populations de P. oligandrum soient associées à un contexte tellurique particulier. En revanche, le type de porte-greffe et la méthode de désherbage (chimique ou mécanique) pourraient avoir une incidence sur la colonisation racinaire par P. oligandrum. Les relations entre P. oligandrum et les racines de la vigne ont été étudiées par analyse transcriptomique (microarray Vitis vinifera de 29 549 gènes). Les résultats obtenus montrent que de jeunes plants de vigne ont répondu à la colonisation racinaire par P. oligandrum en modifiant l’expression de gènes intervenant dans plusieurs voies métaboliques. Deux aspects a priori opposés ont été observés : P. oligandrum serait perçu comme (1) un agresseur contre lequel la plante a mis en place des réactions de défense mais en même temps, comme (2) un micro-organisme symbiotique car un certain nombre de modifications transcriptionnelles étaient similaires à celles reportées dans les interactions rhyzosphèriques symbiotiques (e.g. forte stimulation de gènes codant pour des subtilases). Un essai visant à induire chez la vigne une protection contre un champignon pathogène impliqué dans l’esca, Phaeomoniella chlamydospora, grâce à P. oligandrum, a été réalisé. La colonisation des racines par P. oligandrum a été associée à une réduction de la longueur des nécroses dues à P. chlamydospora. En adéquation avec ce résultat, l’analyse transcriptomique par RT-PCRq et microarrays a montré une surexpression de la voie de l’éthylène. Plusieurs gènes spécifiquement induits constitueraient des marqueurs de résistance qu’il conviendra de valider lors de prochaines expérimentations. / Biocontrol research based on the use of microorganisms is expanding very rapidly. However, the use of such bioncontrol agents is still too inconsistent to effectively protect plants in field applications. This phenomenon is often attributed to the non-persistence of biocontrol agents in the rhizosphere or on the plants. In order to reduce the risk of this happening, one solution consists in using microorganisms that are isolated from the plants needing protection. In this thesis, an oomycete called Pythium oligandrum, which colonizes the rhizosphere of many plants, including grapevine, was assessed for the control of esca, a grapevine trunk disease for which no control method is currently available. P. oligandrum strains have been isolated from the rhizosphere of vines cultivated in 3 wine-growing regions (12 grapevines) of Bordeaux with different types of soil: stony-sandy, silty and stony. Analyses of fungal and bacterial communities using a molecular fingerprinting method (Single Strand Conformation Polymorphism) showed that, unlike bacteria, the fungal species varied according to the sampling region. Roots of all the vines sampled were colonized by echinulated-oospore Pythium spp., with P. oligandrum strains predominating. Phylogenetic analyses based on the genes encoding the cytochrome oxidase I and one tubulin allowed these strains to be clustered into three groups. The sequencing of the elicitin-like genes, whose proteins are key components in inducing systemic resistance in plants, showed that each strain held at least one gene encoding for each of the two kinds of P. oligandrum elicitors (i.e. oligandrin and Cell Wall Proteins). Sequencing and molecular fingerprinting analyses showed thus that the type of soil and the rhizosphere microbiota did not shape the population structure of P. oligandrum. However, other factors such as the different kinds of rootstock and weeding management can also have an influence on the root colonization by P. oligandrum. The relationship between P. oligandrum and grapevine was studied using a transcriptomic approach (microarray Vitis vinifera, 29 549 genes). The results highlighted the modifications induced by young vines in response to P. oligandrum root colonization, in the genetic expression of several genes belonging to different metabolic pathways. Two aspects, that are usually opposed, were observed: P. oligandrum was perceived by the plant either (i) as a pathogen because certain defence reactions were triggered (e.g. calcium signalling, resistance genes, abscissic acid metabolism) or as (ii) a symbiotic microorganism since several transcriptional changes were similar to those reported in symbiotic interactions (e.g. induction of subtilase genes). An assay aimed at protecting grapevine against a pathogenic fungus involved in esca, and known to be responsible for wood necrosis, i.e. Phaeomoniella chlamydospora, was carried out. The root colonization by P. oligandrum was associated with a reduction in the length of necroses. In line with this result, transcriptomic analyses by microarrays and RT-qPCR showed overexpression of several genes, particularly those of the ethylene pathway. Some of these induced genes could be thus used as resistance markers, but this needs to be validated in further experiments.

Contre la pourriture grise et les maladies du bois (MdBs), qui sont des maladies cryptogamiques majeures de la vigne, la lutte biologique a un potentiel de développement considérable dans le contexte actuel de réduction des intrants chimiques en viticulture.L’objectif de cette thèse est de sélectionner et d'étudier des souches bactériennes antagonistes de Botrytis cinerea (Pourriture grise) et de deux champignons pathogènes clefs liés aux MdBs: Phaeomoniella chlamydospora et Neofusicoccum parvum. Les expériences de screening principales sont réalisées in vivo et in planta sur 46 souches bactériennes isolées dans le vignoble bordelais. Le niveau de protection par les souches antagonistes dépend significativement de la souche bactérienne, de l’espèce de champignon pathogène ciblée, du tissu ou organe végétal hôte, mais aussi pour N. parvum, du mode d’application de la souche bactérienne et, pour B. cinerea, du génotype lié aux transposons : transposa ou vacuma.Une réduction significative de 40 à 64% de la taille des nécroses dues à P. chlamydospora et/ou N. parvum est induite par trois souches bactériennes Pantoea agglomerans (S1), Paenibacillus sp. (S19) et Bacillus pumilus (S32) sur des boutures de vigne non greffées. Ces souches ont fait l'objet d'investigations approfondies pour déterminer leurs principaux modes d’action : Antibiose, production de composés volatils qui ont été identifiés et/ou induction de différents gènes de défense de la vigne.Concernant B. cinerea, les souches Enterobacter cowanii (S22), Enterobacter sp. (S23), Bacillus ginsengihumi (S38) et Bacillus sp. (S43, S46) présentent un pouvoir antagoniste important par production de composés volatils et diffusibles anti-Botrytis, ainsi que par compétition pour les nutriments par E. cowanii (S22). / Biological control of gray mold and grapevine trunk diseases (GTDs), which are major fungal diseases of grapevine, has a considerable potential development in the current context of reduction of chemical input in viticulture.The aim of this study was to select and study bacterial strains for antagonism against Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold, and two key pathogens involved in GTDs: Phaeomoniella chlamydospora and Neofusicoccum parvum. The main screening experiments for antagonistic activity of 46 bacterial strains, isolated from Bordeaux vineyards, have been carried out under different in vivo and in planta conditions. The efficacy of protection by the antagonistic strains significantly depended on the bacterial strain, the targeted pathogen species, the host plant tissue or organ and, for N. parvum, also on the application mode of the bacterial strain and, for B. cinerea, on the transposon genotype: transposa or vacuma.A significant reduction in length of necrosis due to P. chlamydospora and/or N. parvum, ranging between 40 and 64% in non-grafted vine cuttings, resulted from three bacterial strains: Pantoea agglomerans (S1), Paenibacillus sp. (S19) and Bacillus pumilus (S32). These strains were thoroughly further investigated to determine their major modes of action by i) Antibiosis ii) production of antifungal volatile organic compounds, which have been identified, and/or iii) induction of different grapevine defense genes. Concerning B. cinerea, Enterobacter cowanii (S22), Enterobacter sp. (S23) Bacillus ginsengihumi (S38), Bacillus sp. (S43, S46) were of prime importance in the biocontrol by producing anti-Botrytis volatile and diffusible compounds or by competing for nutrients (case of E. cowanii S22).

La vigne est une culture pérenne sensible à de nombreux bioagresseurs et sur laquelle il est nécessaire de réaliser de nombreux traitements pesticides, susceptibles de causer des problèmes environnementaux, de santé humaine et d’apparition de résistance au sein des populations de bioagresseurs. Aujourd’hui, il est indispensable de développer des stratégies nouvelles de lutte contre les bioagresseurs, plus raisonnées mais permettant de conserver une viticulture compétitive. L’utilisation de produits de biocontrôle semble, en ce sens, être une approche prometteuse permettant d’allier agriculture durable et intensive.Deux écoproduits généralistes à fort potentiel ont été identifiés, comme possédant des actions intéressantes sur les principales maladies cryptogamiques de la vigne. Le premier est un extrait naturel de plante, sans action fongicide directe mais capable de stimuler efficacement et de façon systémique les défenses de la plante. Le second, quant à lui, est un microorganisme qui possède une forte action antagoniste fongicide, mais aussi la capacité à stimuler les défenses de plante. Dans un premier temps, des études en conditions contrôlées ont mis en évidence l’efficacité des deux actifs pour inhiber le développement de diverses souches d’Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea et Botryosphaeriaceae. En parallèle, des expérimentations au vignoble, ont confirmé le fort potentiel de ces produits de biocontrôle, avec des bonnes efficacités, particulièrement stable avec l’extrait naturel. Ces différentes études nous ont permis d’identifier et d’élaborer des stratégies d’utilisation pour ces deux produits de biocontrôle. / Grapevine is a perennial crop sensitive to many fungal pathogens that require numerous pesticide treatments. However, its uses lead to environmental, human health and fungicide resistance problems. Developing sustainable pest management strategies while keeping a good wine quality is of major importance. In this sense, the use of bio-pesticides products seems to be a promising approach to combine sustainable and intensive agriculture.Two generalist bio-pesticides of great potential have been preliminary identified, forits actions on major fungal diseases of grapevine. The first one is a natural plant extract, with no direct fungicide action but able to systemically stimulate plant defenses. The second one is a microorganism showing strong antagonist fungicide actions, and important ability to stimulate plant defenses. First, the studies conducted in controlled conditions have demonstrated the effectiveness of both products in the suppression of various isolates of Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea and Botryosphaeriaceae. In parallel,the good efficiencies of these products have been confirmed during vineyard assays. This was especially well demonstrated for the natural extract. As a whole, these studies confirm thepotential of these two products as promising bio-pesticides, of which the strategy of application have been further defined.

Virtuellement toutes les plantes hébergent des champignons et des bactéries endosymbiontes (endophytes). Ces microorganismes façonnent le développement de leur hôte et peuvent inhiber des phytopathogènes. Au niveau moléculaire, les interactions plante-endophyte sont médiées par des molécules secrétées y compris des protéines et métabolites secondaires. Au cours des dernières années, la recherche d’endophytes a augmenté chez nombreux plantes, cependant chez les Ericaceae les endophytes ne sont pas bien connus. Alors, on s’est mis à investiguer les endophytes racinaires de la canneberge, une plante membre d’Ericaceae native de l’Amérique du Nord. On a échantillonné quatre plants provenant d’une ferme commerciale organique. Au total, 30 souches fongiques et 25 bactériens ont été isolés. Les bactéries Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 et EB214; et les champignons Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205 et Phialocephala sp. EC208 ont supprimé la croissance de cinq pathogènes de la canneberge, incluant Godronia cassandrae, un champignon causant la pourriture des fruits de la canneberge au Québec. EB213 a été capable de promouvoir légèrement la croissance de plantules de la canneberge. En performant des techniques microscopiques, on a constaté l’habileté de EC200, EC205 et EC208 à coloniser internement les racines des plantules de la canneberge. De plus, les génomes de ces champignons ont été séquencés, assemblés et annotés. Les analyses génomiques se sont concentrées sur les protéines secrétées et les groupes des gènes impliqués dans la biosynthèse (GGB). On a trouvé un large répertoire de gènes codant pour des enzymes qui métabolisent les carbohydrates et d’autres codant pour des protéases. Les deux groupes d’enzymes seraient utiles à dégrader de la matière organique pour libérer des nutriments. Aussi bien, ces enzymes pourraient faciliter la colonisation des racines de la plante hôte. De plus, on a prédit des nombreuses protéines effectrices qui assisteraient les endophytes à éviter l’activation du système immunitaire des plants. A noter que parmi les GGB inférés dans les génomes de EC200, EC205 et EC208, environ 90% ne sont pas caractérisés. Finalement, on a performé des analyses transcriptomiques pour élucider la réponse de EC200, EC205 et EC208 envers la présence de leur hôte, simulée par l’addition d’un extrait de canneberge au milieu de culture. Les conclusions majeures sont que les racines des plantes de la canneberge qui ont été échantillonnées sont dominées par des microorganismes avec l’habileté d’inhiber des phytopathogènes ; et que les génomes de EC200, EC205 et EC208 codent pour un grand répertoire de protéines qui pourraient être liées aux interactions plante-endophyte. / Virtually all plants host fungal and bacterial endosymbionts (endophytes). These microbes shape plant development and may inhibit phytopathogens. At the molecular level, plant-endophyte interactions are mediated by secreted compounds, including proteins and secondary metabolites. While endophytes are increasingly studied in diverse plants, little is known about their presence in Ericaceae. Therefore, we set out to investigate the root endophytes of cranberry, an ericacean member native to North America. We sampled endophytes from four plants grown on an organic farm. In total, 30 fungal and 25 bacterial strains were isolated and identified. A subset of these, notably Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 and EB214; and fungi Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205, and Phialocephala sp. EC208, were tested for their ability to suppress phytopathogens. Altogether, they inhibited five cranberry pathogens, including Godronia cassandrae, an important cranberry fruit-rot agent in Quebec. EB213 was the only endophyte that increased the biomass of cranberry seedlings. Using microscopy techniques, we confirmed the ability of EC200, EC205, and EC208 to colonize cranberry roots internally. The genomes of these fungi were sequenced, assembled and annotated. Genomic analyses focused on secreted proteins and biosynthetic gene clusters (BGCs). We found an extensive repertoire of carbohydrate-active enzymes and proteases that could assist in recycling organic nutrients, rendering them accessible to plants; these enzymes may also facilitate root colonization. In addition, effector proteins were predicted; these molecules may assist endophytes to escape the plant immune system and favour colonization. We inferred 139 biosynthetic gene clusters (BGCs) across the three examined fungi. Remarkably, the product of around 90% of BGCs are unknown. Finally, transcriptomic analyses were performed to determine how EC200, EC205 and EC208 respond to the presence of cranberry, simulated by the addition of cranberry extract in the culture medium. The two major conclusions of this work are that the roots of the sampled cranberry plants are dominated by endophytes with biocontrol abilities, and that EC200, EC205 and EC208 encode a broad repertoire of proteins that could be involved in plant-endophyte interactions.

Les endophytes sont des microorganismes (généralement des bactéries et des champignons) qui vivent dans les tissus végétaux mais n'activent pas le système immunitaire/défense des plantes, contrairement aux pathogènes végétaux qui activent généralement les réponses immunitaires des plantes. Des recherches récentes ont montré que pratiquement toutes les plantes cultivées en plein champ contiennent un certain nombre d'endophytes, et que certains endophytes stimulent la croissance des plantes et renforcent la résistance contre les agents pathogènes. Les endophytes sécrètent des composés chimiques (métabolites secondaires) qui suppriment la croissance des agents pathogènes, un processus connu sous le nom de biocontrôle. En raison de ces propriétés de biocontrôle, les endophytes sont une alternative potentielle aux pesticides chimiques pour lutter contre les maladies des plantes. En conséquence, le biocontrôle est devenu un domaine de recherche important. Mon projet de recherche comportait les objectifs spécifiques suivants : (i) isoler les endophytes des plants de canneberges acquis auprès de deux producteurs commerciaux de canneberges de la variété Stevens situés au Québec, Canada (Bieler Cranberries Inc, et Gillivert Inc.) ; (ii) tester l'activité de biocontrôle des endophytes contre une collection de champignons pathogènes et ensuite inoculer les endophytes les plus actifs dans des plants de canneberges obtenus par germination de la variété Stevens (Bieler Cranberries Inc. ) et Scarlet Knight (Daniele Landreville) ; et (iii) identifier des groupes de gènes de métabolites secondaires en séquençant, assemblant et annotant le génome d'un endophyte qui présentait de fortes caractéristiques de biocontrôle. Dans le cadre de ce projet de recherche, des tests antagonistes in vitro ont été réalisés avec des endophytes de la canneberge et un champignon pathogène, qui ont montré que Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12 et la souche fongique Lachnum sp. EFK28 étaient les plus actifs et ces souches ont donc été sélectionnées pour des études plus approfondies. Des expériences de germination de semis in vitro et d'inoculation d'endophytes ont montré que les souches bactériennes Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 amélioraient la croissance des semis de canneberges de la variété Stevens. Comme les Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 ont tous deux un effet antagoniste élevé sur les champignons pathogènes, un seul (Pseudomonas sp. CSWB3) a été soumis à une analyse du génome. Le séquençage, l'assemblage, l'annotation et l'analyse du génome de Pseudomonas sp. CSWB3 a révélé que cette souche possède cinq groupes de gènes biosynthétiques de métabolites secondaires qui codent pour les protéines responsables de la biosynthèse des composés antifongiques/antimicrobiens : pyrrolnitrine, pyoluteorine, putisolvine, 2,4-diacétylephloroglucinol, bicornutine A1 et bicornutine A2. Sur la base des résultats de ces travaux, nous concluons que certains endophytes de la canneberge qui possèdent des groupes de gènes codant pour des métabolites secondaires antifongiques peuvent supprimer les pathogènes fongiques et améliorer la croissance des plantes. / Endophytes are microorganisms (typically bacteria and fungi) that live within plant tissue but do not activate the plant defense/immune system, unlike plant pathogens that typically do activate plant immune responses. Recent research has shown that virtually all plants grown under field conditions contain a number of endophytes, and that certain endophytes stimulate plant growth and enhance resistance against pathogens. Endophytes secrete chemical compounds (secondary metabolites) that suppress pathogen growth, a process known as biocontrol. Because of these biocontrol properties, endophytes are a potential alternative to chemical pesticides for combatting plant disease. Accordingly, biocontrol has become an important field of research. My research project was comprised of the following specific aims: (i) isolate endophytes from cranberry plants that were acquired from two commercial producers of cranberries of the Stevens variety located in Quebec, Canada (Bieler Cranberries Inc, and Gillivert Inc.); (ii) test the biocontrol activity of endophytes against a collection of fungal pathogens and then inoculate the most active endophytes into cranberry seedlings that were obtained by germinating Stevens (Bieler Cranberries Inc.) and Scarlet Knight (Daniele Landreville) seeds; and (iii) identify secondary metabolite gene clusters by sequencing, assembling, and annotating the genome of one endophyte that exhibited strong biocontrol characteristics. As part of this research project, in vitro antagonistic tests were conducted with cranberry endophytes and fungal pathogen, which showed that Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12, and the fungal strain Lachnum sp. EFK28 were the most active and therefore these strains were selected for further studies. In vitro seedling germination and endophyte inoculation experiments showed that the bacterial strains Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 enhanced the growth of cranberry seedlings of the Stevens variety. Since Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 both had a high antagonistic effect on fungal pathogens, only one (Pseudomonas sp. CSWB3) was subjected to genome analysis. Sequencing, assembly, annotation, and analysis of the Pseudomonas sp. CSWB3 genome revealed that this strain possesses five secondary metabolite biosynthetic gene clusters that encode proteins responsible for the biosynthesis of the antifungal/antimicrobial compounds pyrrolnitrin, pyoluteorin, putisolvin, 2,4-diacetylephloroglucinol, bicornutin A1, and bicornutin A2. Based on the results of this work, we conclude that certain cranberry endophytes that possess gene clusters encoding antifungal secondary metabolites can suppress fungal pathogens and enhance plant growth.